Comparability of results from deposition samples

Laskeumanäytteiden tulosten vertailtavuu

Methods for determination of phosphate and total phosphorus in precipitation and particulate matter

Itämeren pahimpana ongelmana pidetään typpi- ja fosforikuormituksen aiheuttamaa rehevöitymistä. Typpeä ja fosforia joutuu Itämereen paitsi valumana rantavaltioista myös merkittävissä määrin ilman kautta. Ilmaperäisen typpilaskeuman määrää ja sen kehitystä on selvitetty mittauksin ja mallinnuksen avulla 1980-luvulta lähtien, mutta ilmaperäistä fosforikuormaa Itämereen on mitattu vain sateen mukana laskeutuvan märkälaskeuman osalta muutamilla asemilla. Hiukkasiin sitoutuneesta kuivalaskeumasta ei mittaustietoa ole julkaistu lainkaan, eikä Itämeren ympärysvaltioilla ole käytettävissään menetelmää ilmaperäisen fosforikuorman hiukkasosuuden seuraamiseksi. Tässä työssä kehitettiin ja testattiin menetelmät ilmakehästä sadeveden mukana tulevan sekä ilmakehän hiukkasiin sitoutuneen fosfaatin sekä kokonaisfosforin määrittämiseksi. Menetelmäkehitys sisälsi näytteenkeruumenetelmät, näytteen esikäsittelymenetelmät sekä kemialliset analyysimenetelmät. Menetelmiä testattiin Utön saarella Saaristomeren ulkolaidalla vuosien 2013–2015 aikana. Utön saarella toimii Ilmatieteen laitoksen mittausasema, jonka mittaustulokset edustavat ilmanlaadun tausta-arvoja pohjoisella Itämerellä. Testattuina fosforin ja fosfaatin kuiva- ja märkälaskeuman näytteenkeruumenetelminä toimivat olemassa olevat ja laajasti käyttöönotetut EMEP-protokolliin perustuvat menetelmät. Näytteiden kokonaisfosforipitoisuuden määritysmenetelmään sovellettiin olemassa olevaa ISO-standardiin perustuvaa spektrometristä menetelmää. Vesiliukoisen fosfaatin pitoisuuden määrittämiseen hyödynnettiin käytössä olevaa ISO-standardiin perustuvaa ionikromatografista menetelmää, jota laajennettiin sisältämään fosfaatin määritys muiden epäorgaanisten ionien kanssa samassa analyysissä. Havaittiin, että sekä märkä- että kuivalaskeumanäytteiden sisältämät kokonaisfosfori- ja fosfaattipitoisuudet olivat erittäin alhaisia, usein pitoisuudet olivat lähellä analyysimenetelmien määritysrajoja tai niiden alle. Kuitenkin mittausjakson ajalta saatiin riittävä määrä määritystuloksia, joiden avulla voidaan laskea aiempaa luotettavampi arvio vuotuisesta ilmaperäisestä fosforikuormituksesta Itämereen. Työssä tutkittiin Utön saaren mittausasemalla suoritetun intensiivikampanjan aikana mahdollisuutta määrittää hiukkasissa olevan fosfaatin pitoisuutta jatkuvatoimisella ionikromatografilla. Menetelmän herkkyys osoittautui kuitenkin riittämättömäksi ilmakehän hiukkasten fosfaattipitoisuuden määrittämiseen. Käytetyt menetelmät on esitelty tässä raportissa siten, että menetelmät voidaan ottaa käyttöön muillakin mittausasemilla ja laboratorioissa sadeveden ja ilmakehän hiukkasten sisältämien fosfaatin ja kokonaisfosforin pitoisuuksien määrittämiseksi, ja siten ilmaperäisen fosforin kuormitusta voidaan arvioida luotettavammin ja laajemmin Itämeren alueella.Eutrophication caused by nitrogen and phosphorus load is generally thought as the most severe problem of the Baltic Sea. Nitrogen and phosphorus end up in the Baltic Sea not only by run-off from the coastal countries of the Baltic Sea but to an important extent also from the atmosphere. The amount of atmospheric nitrogen load and its development have been determined using measurements and models since the 1980’s. The atmospheric phosphorus load to the Baltic Sea has been measured earlier only from the wet deposition from the collected rain water samples from a few sites around the Baltic Sea; no published data exists about the particle bound dry deposition of phosphorus. The coastal countries of the Baltic Sea haven’t got any method in use to measure the particle bound phosphorus deposition. In this work, methods for determining the concentrations of phosphate and total phosphorus in atmospheric precipitation and particulate matter were developed and tested. The method development included the sampling, sample pre-treatment, and chemical analysis techniques. The methods were tested onsite on the Utö Island in the outskirts of the Archipelago Sea during the years 2013–2015. The monitoring station on the Utö Island is operated by the Finnish Meteorological Institute. The measurements on the station represent the background air quality of the northern Baltic Sea area. The existing and widely used sampling methods based on the EMEP protocols were tested for the sampling of dry and wet deposition of phosphorus and phosphate. A spectrometric method based on an ISO standard was applied for determination of the total phosphorus concentration of the samples. For the determination of dissolved phosphate, an ion chromatographic method based on an ISO standard was extended to include the analysis of phosphate with the main inorganic ions. It was discovered that the concentrations of total phosphorus and dissolved phosphate in the dry and wet deposition samples were very low; the concentrations were often close to the determination limits of the used analytical methods or even below those. Nevertheless, a sufficiency of samples were determined to be able to estimate the yearly atmospheric phosphorus load to the Baltic Sea more reliably than earlier. In addition, feasibility of measuring the concentration of particle-bound phosphate using a semi-continuous ion chromatograph was tested in the Utö Island during an intensive campaign. However, the sensitivity of the analyser was not sufficient to measure the low atmospheric concentrations of phosphate. The used methods are presented in this report so that they can be taken into use in other sampling sites and laboratories to determine the concentrations of phosphate and total phosphorus in the precipitation and in the atmospheric particulate matter. Thus, more reliable estimates of the atmospheric phosphorus load to the Baltic Sea could be calculated more widely

Biomass burning in eastern Europe during spring 2006 caused high deposition of ammonium in northern Fennoscandia

High air concentrations of ammonium were detected at low and high altitude sites in Sweden, Finland and Norway during the spring 2006, coinciding with polluted air from biomass burning in eastern Europe passing over central and northern Fennoscandia. Unusually high values for throughfall deposition of ammonium were detected at one low altitude site and several high altitude sites in north Sweden. The occurrence of the high ammonium in throughfall differed between the summer months 2006, most likely related to the timing of precipitation events. The ammonia dry deposition may have contributed to unusual visible injuries on the tree vegetation in northern Fennoscandia that occurred during 2006, in combination with high ozone concentrations. It is concluded that long-range transport of ammonium from large-scale biomass burning may contribute substantially to the nitrogen load at northern latitudes. (C) 2013 Elsevier Ltd. All rights reserved